SIMECK密码代数故障攻击研究

针对SIMECK密码给出一种代数故障攻击方法。首先给出SIMECK加密轮函数和密钥生成策略等效代数方程创建方法;分别设定故障已知模型和故障未知模型,并在故障未知模型下提出基于故障注入差分和基于正确/故障密文差分确定故障索引值两种策略创建故障信息方程;利用基于SAT问题求解方程组。结果表明,在SIMECK32/64第24轮注入单比特翻转故障,故障已知模型和基于故障注入差分的故障未知模型均仅需2次注入即可恢复完整64比特主密钥;在第27轮注入故障,基于密文差分的未知模型需9次注入可恢复完整主密钥。与已有研究相比,该攻击密钥搜索复杂度更低,所需故障注入样本量更少。     

轻型分组密码LED代数故障攻击方法

针对CHES 2011会议上提出的轻型分组密码LED,给出了一种代数故障攻击方法。首先利用代数攻击方法建立密码算法等效布尔代数方程组;然后基于单比特故障模型根据算法故障密文得到差分故障信息,并转换为额外的代数方程组;最后利用CryptoMiniSAT解析器求解密钥。实验结果表明,针对LED算法代数故障攻击优于传统的差分故障分析,第30轮一次故障注入即可在122 s内恢复LED 64 bit完整密钥。     

基于碰撞模型的PRESENT密码代数旁路攻击

提出了一种新的分组密码通用的基于碰撞模型的分组密码代数旁路分析方法—代数功耗碰撞攻击,将代数攻击与功耗碰撞攻击结合,首先利用代数分析方法建立密码算法等效布尔代数方程组;然后通过功耗攻击手段获取密码加密过程运行时泄露的功耗信息,经分析转化为加密过程碰撞信息,并表示为关于加密中间状态变元的代数方程组;最后使用CryptoMiniSAT解析器求解方程组恢复密钥。应用该方法对在8位微控制器上实现的PRESENT密码进行了实际攻击,实验结果表明,代数攻击基础上引入额外的代数方程组,可有效降低方程组求解的复杂度;PRESENT易遭受此类代数功耗攻击的威胁,明密文已知,以4个样本全轮碰撞或8个样本部分轮碰撞信息成功获取PRESENT 80bit完整密钥。此外,文中分析方法也可为其它分组密码功耗碰撞分析提供一定思路。     

基于汉明重的PRESENT密码代数旁路攻击

研究了分组密码代数旁路攻击原理及模型、非线性布尔方程组转化为saT问题的方法,提出了一种基于汉明重的PRESENT密码代数旁路攻击方法,降低了求解非线性多元方程组的复杂度,减少了旁路攻击所需样本量,并通过实验对理论正确性进行了验证。结果表明,在已知明文条件下,利用一个样本前3轮的S盒输入、输出汉明重在0.63s内即可恢复80bit PRESENT完整密钥;在未知明密文和S盒输入、输出汉明重随机选取条件下,也可恢复PRESENT完整密钥。     

基于汉明重的SMS4密码代数旁路攻击研究

基于汉明重泄露模型,对SMS4算法抗代数旁路攻击能力进行了评估.首先构建SMS4算法等价布尔代数方程组,然后采集SMS4加密功耗泄露,基于模板分析对加密中间状态字节的汉明重进行推断,并转化为与密码算法联立的代数方程组,最后利用解析器进行密钥求解.结果表明:SMS4密码易遭受代数旁路攻击;已知明文条件下,2个样本4轮连续汉明重泄露或26轮离散汉明重泄露可恢复128bit SMS4主密钥;未知明密文条件下,2个样本连续5轮汉明重泄露可恢复128bit SMS4主密钥;使用随机掩码防御的SMS4实现仍不能有效防御代数旁路攻击,已知明文条件下,2个样本连续14轮汉明重泄露可恢复128bit SMS4主密钥.为提高攻击实用性,提出了一种容错代数旁路攻击方法,结果表明汉明重推断错误率不超过60％的情况下,2个样本可恢复128bit SMS4主密钥.本文方法对其它分组密码代数旁路攻击研究具有一定的借鉴意义.     

基于优化故障定位的SIMECK密码代数故障攻击

针对SIMECK密码,提出一种优化故障定位的代数故障攻击方法。通过分析SIMECK轮函数加密扩散缺陷及故障失效原因,提取故障确定性传播特征并构建确定性故障差分特性表,实现故障的精确定位。创建加密过程和故障信息等效方程组,将方程组转化为SAT问题并求解密钥。实验结果表明,该方法在SIMECK32/64第28轮左寄存器中注入随机单比特故障,仅需8次故障注入即可恢复完整64 bit主密钥,攻击成功率高达99.61%,相比已有故障攻击方法所需故障样本量更少,攻击成功率及创建方程自动化程度更高。     

基于碰撞模型的LED代数旁路攻击

针对轻型分组密码LED提出了一种基于碰撞模型的代数旁路攻击。利用代数攻击方法建立密码算法等效布尔代数方程组,采集算法运行中泄露的功耗信息并转换为碰撞信息,并将碰撞信息转换成额外方程组,从而利用CryptoMiniSAT解析器求解密钥。实验结果表明:旁路碰撞信息可有效降低方程组求解的复杂度;已知明文条件下,利用2轮最少50%的随机碰撞信息,即可在158.5 s内恢复64 bit LED完整密钥。此外,该方法也可用于其他分组密码功耗碰撞分析。     

基于汉明重的EPCBC代数侧信道攻击

为评估EPCBC密码的安全性,在汉明重的基础上,提出一种EPCBC密码代数侧信道攻击方法,并研究影响攻击效率的因素。构建该算法的代数方程组,通过功耗泄露情况推断汉明重,将其转化为代数方程组,并利用解析器求解密钥。实验结果表明,该方法在已知明密文和未知明密文条件下均可恢复出完整密钥。     

对流密码LILI-128的差分故障攻击

对LILI-128算法对差分故障攻击的安全性进行了研究。攻击采用面向比特的故障模型, 并结合差分分析和代数分析技术, 在 LILI-128 算法LFSRd中注入随机的单比特故障, 得到关于LILI-128算法内部状态的代数方程组, 并使用Crypto MiniSAT解析器求解恢复128位初始密钥。实验结果表明, 280个单比特故障注入就可以在1 min内完全恢复LILI-128全部128位密钥。因此, LILI-128密码实现安全性易遭差分故障攻击威胁, 需要对加密设备进行故障攻击防御, 以提高LILI-128密码实现安全性。     

针对低轮PRESENT的代数攻击

基于MiniSAT 2.0软件,研究对低轮PRESENT的代数攻击问题。提出将S盒表示为单项式个数较少的无冗余等效方程组的方法,将PRESENT的S盒表示为由14个单项式个数均≤6的8元布尔方程构成的等效方程组,并基于不同的已知明文量,利用MiniSAT软件对PRESENT进行代数攻击实验,获得了较好的攻击效果。实验表明,在已知明文条件下可以在121 h内求出80 bit密钥的5轮PRESENT的全部密钥比特,在选择明文条件下可以在203 h内求出6轮PRESENT的全部密钥比特。     

分组密码AES-128的差分故障攻击

AES是美国数据加密标准的简称,又称Rijndael加密算法。它是当今最著名且在商业和政府部门应用最广泛的算法之一。AES有三个版本,分别是AES-128,AES-19和AES-AES的分析是当今密码界的一个热点,文中使用差分故障攻击方法对AES进行分析。差分故障攻击假设攻击者可以给密码系统植入错误并获得正确密文和植入故障后密文,通过对两个密文分析比对从而得到密钥。文中提出了对AES-128的两种故障攻击方法,分别是在第8轮和第7轮的开始注入故障。两个分析方法分别需要2个和4个故障对。数据复杂度分别为2^34（2^112）次猜测密钥。     

针对CLEFIA的多字节差分故障分析

研究CLEFIA分组密码对多字节差分故障分析的安全性,给出CLEFIA分组密码算法及故障分析原理。根据在第r轮、r-1轮、 r-2轮注入多字节故障的3种条件,提出一种新的针对CLEFIA的多字节故障模型及分析方法。通过仿真实验进行验证,结果表明,由于其Feistel结构和S盒特性,CLEFIA易遭受多字节故障攻击,6~8个错误密文可恢复128 bit的CLEFIA密钥。     

LiCi密码的差分故障攻击

LiCi轻量级分组密码算法是2017年提出的一种新型密码算法,其具有结构微小、消耗能量少等优点,适用于物联网等资源受限的环境.在LiCi的设计文档中,对该算法抵御差分攻击和线性攻击的能力进行了分析,但LiCi算法对于差分故障攻击的抵抗能力尚未得到讨论.针对LiCi算法每轮迭代的移位规律,在第31轮迭代时的左半侧多次注入...     

Improved differential fault analysis on PRESENT-80/128

PRESENT is a hardware-optimized 64-bit lightweight block cipher which supports 80- and 128-bit secret keys. In this paper, we propose a differential fault analysis (DFA) on PRESENT-80/128. The proposed attack is based on a 2-byte random fault model. In detail, by inducing several 2-byte random faults in input registers after 28 rounds, our attack recovers the secret key of the target algorithm. From simulation results, our attacks on PRESENT-80/128 can recover the secret key by inducing only two and three 2-byte random faults, respectively. These are superior to known DFA results on them.     

DBlock密码算法差分故障分析

DBlock算法是于2015年提出的一种新型分组密码算法,算法分组长度与对应密钥长度为128bit、192bit和256bit,均迭代20轮。基于字节故障模型,并利用基于密钥扩展的差分故障分析方法,在密钥扩展算法运行至第17轮时导入随机故障,对DBlock算法进行差分故障分析。实验结果表明,仅需要4次故障密文便可恢复算法的128bit初始密钥。     

Control performance‐based fault detection and fault‐tolerant control schemes for a class of nonlinear systems

The objective of this paper is to develop performance‐based fault detection (FD) and fault‐tolerant control (FTC) schemes for a class of nonlinear systems. To this end, the representation forms of nonlinear systems with faults and the controller parameterization forms are studied first with the aid of the nonlinear factorization technique. Then, based on the stable kernel representation and the stable image representation of the faulty nonlinear system, the stability performance of the closed‐loop system is addressed, respectively. The so‐called fault‐tolerant margin is defined to evaluate the system fault‐tolerant ability. On this basis, two performance‐based FD schemes are developed aiming at detecting the system performance degradation caused by system faults. Furthermore, to recover the system stability performance, two performance‐based FTC strategies are proposed based on the information provided by the FD unit. In the end, a numerical example and a case study on the three‐tank system are given to demonstrate the proposed results.     

简化SIMON类算法的立方测试与分析*

针对轻量级分组密码算法SIMON的安全性分析,对SIMON32/64算法抵抗立方攻击的能力和算法内部结构对密钥比特的混淆和扩散性能力进行了评估。基于SIMON类算法的密钥编排特点和轮函数结构,结合立方分析的基本思想,利用FPGA测试平台设计了一个SIMON32/64的立方攻击和密钥中比特检测算法。测试结果表明：在立方变元取6维至24维时,对于7轮SIMON32/64算法,通过立方攻击能够直接恢复47比特密钥,攻击时间复杂度约为218.08;对于8轮SIMON32/64算法,能够直接恢复39比特密钥,攻击时间复杂度约为225.00。对于10轮,11轮SIMON32/64算法,通过立方测试均能够捕获到密钥中比特。     

Piccolo算法的差分故障分析

Piccolo算法是CHES 2011上提出的一个轻量级分组密码算法,它的分组长度为64- bit,密钥长度为80/128-bit,对应迭代轮数为25/31轮.Piccolo算法采用一种广义Feistel结构的变种,轮变换包括轮函数S-P-S和轮置换RP,能够较好地抵抗差分分析、线性分析等传统密码攻击方法.该文将Piccolo算法的S-P-S函数视为超级S盒(Super Sbox),采用面向半字节的随机故障模型,提出了一种针对Piccolo-80算法的差分故障分析方法.理论分析和实验结果表明:通过在算法第24轮输入的第1个和第3个寄存器各诱导1次随机半字节故障,能够将Piccolo-80算法的密钥空间缩小至约22-bit.因此,为安全使用Piccolo算法,在其实现时必须做一定的防护措施.